EP0542002A2 - Katalysator für die Abgase eines Verbrennungsmotors - Google Patents

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EP0542002A2
EP0542002A2 EP92117984A EP92117984A EP0542002A2 EP 0542002 A2 EP0542002 A2 EP 0542002A2 EP 92117984 A EP92117984 A EP 92117984A EP 92117984 A EP92117984 A EP 92117984A EP 0542002 A2 EP0542002 A2 EP 0542002A2
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an arrangement of a catalyst for the exhaust gases of an internal combustion engine.
  • ceramic catalyst bodies are also known.
  • all known catalysts have the disadvantage that they are arranged away from the engine. This means that the exhaust gas flow has already cooled down by approx. 150 to 200 ° C., thereby reducing the degree of conversion for chemical conversion of the exhaust gases.
  • the present invention is therefore based on the object of eliminating the disadvantages mentioned above, in particular to provide exhaust gas purification with a catalyst which has a better efficiency.
  • this is created by an arrangement of a catalyst, the catalyst body being formed from a woven fabric, knitted fabric or tangle of metal fibers, metal chips, metal wires, metal powder or a mixture thereof, which are pressed together in one or more layers to form a package, in the outlet region of the Cylinder of the internal combustion engine in front of the exhaust manifold and / or in the entrance area of the exhaust manifold.
  • the exhaust gas is conducted through the catalytic converter body at significantly higher temperatures. This means that the efficiency is improved.
  • the fabric, knitted fabric or tangle according to the invention can easily be brought into a wide variety of shapes.
  • the catalyst body can easily be adapted to the local conditions, in particular the shape and size of the space available fit the cylinder or exhaust manifold.
  • Another advantage is that a catalyst body can be produced very compactly from the material mentioned and the structure specified. This applies in particular to a formation from a sintered material, the body first being pressed into the desired shape and then being sintered.
  • a catalyst body can consist in that it is applied to the piston crown in the cylinder of the internal combustion engine. This arrangement can be combined both separately and in conjunction with a catalytic converter body arranged in the outlet region of the cylinder and / or in the inlet region of the exhaust manifold.
  • the catalyst body which is arranged firmly on the piston crown, is subjected to a reciprocating movement together with the piston. Due to the compression and decompression of the exhaust gas that occurs, it is pressed into the catalyst body during the piston movement and removed therefrom. This means that an exhaust gas cleaning takes place before the exhaust gas is expelled into the exhaust manifold.
  • the catalyst according to the invention also has a very good efficiency in the starting area.
  • this also applies to an arrangement of the catalytic converter in the outlet area of the cylinder or in the inlet area of the exhaust manifold in the same way.
  • a heating device can be provided to increase the efficiency even without great additional effort, which can briefly heat up the catalytic converter if required, in particular during a cold start.
  • each layer has a lattice structure.
  • an arrangement of the catalyst body in the cylinder will arrange several layers in a row in its outlet area or in the inlet area of the exhaust manifold. For easy handling and a better effect, these layers will be firmly connected to one another.
  • a possible embodiment for this can consist in that the layers are pressed together by a clamping device and as a unit in the outlet area of the cylinder and / or the inlet area of the exhaust manifold.
  • a wide variety of devices are conceivable as a clamp device.
  • a package of several layers in the manner of a frame can be connected to one another under pressure by means of an upper and a lower plate.
  • a further possibility for the formation of a uniform catalytic converter body can consist in that the individual layers are connected to one another by resistance welding and are inserted as a unit in the outlet area of the cylinder and / or the inlet area of the exhaust manifold.
  • a very advantageous embodiment can consist of the individual layers being subjected to a sintering process in packets and then being inserted as a unit into the outlet region of the cylinder and / or the inlet region of the exhaust manifold.
  • a further improvement in the degree of conversion by increasing the surface area and / or additionally introducing catalytically active material can be achieved by using the layers Chips, small pieces of wire, fibers, powder or the like are doped, which are connected to the fibers, chips or wires of the fabric, knitted fabric or knitted fabric.
  • Spicy powder can be used particularly advantageously for this purpose, which results in a significant increase in surface area.
  • the catalyst body can also be finally introduced into an immersion bath.
  • the immersion bath consists of a slurry or a suspension of particles made of metal, ceramic, plastic or the like. After draining, the additional layer is hardened or subjected to a sintering process. A similar process is also known as the "wash coat process".
  • the exhaust manifold can also be provided with one or more stops in order to fix the position of the catalyst body which can be inserted as a unit into an exhaust manifold.
  • FIG. 1 shows in principle the upper area of an internal combustion engine with a piston 1, which carries out lifting and lowering movements in a cylinder in a known manner.
  • An exhaust valve 3 closes off an exhaust area 4 in the cylinder 2 or releases it in a controlled manner to expel exhaust gas.
  • An exhaust manifold 5 connects to the outlet area 4.
  • a catalyst body 6 is arranged in the outlet region 4 and a further catalyst body 7 in the inlet region of the outlet manifold 5.
  • a correspondingly curved catalytic converter body 9 is applied to the curved piston crown 8 of the piston 1.
  • FIG. 1 For simplification, three options for the arrangement of a catalyst body are shown in FIG. 1.
  • the catalyst body 6 or 7 may be provided alone in connection with the catalyst body 9.
  • the catalyst bodies 6 and 7 can also be provided together or alone.
  • the structure of the catalyst body can be seen more clearly from FIGS. 2 and 3. As shown, it is formed from several layers 11 from a tangle of crossing wires or fibers 12 and 13. Each Layer 11 consists of a large number of longitudinal wires or fibers 12 which are connected to wires or fibers 13 running transversely thereto. To increase the surface and the stability, the wires 11, 13 can also run in a wave shape.
  • a grid-like or honeycomb-like structure with a plurality of meshes 14 is formed by this configuration, through which the exhaust gas flows.
  • the individual layers can also be doped with particles in the form of small chips, small fibers or coarse powders 15 (partially shown in FIG. 2).
  • This doping can e.g. by shaking, by means of a liquid in the form of a carrier substance in which the particles are contained, or the like, after which the connection is made by a sintering process or by resistance welding to the wires, fibers 12, 13.
  • the catalyst body according to the invention can be carried out in a known manner by a sintering process of the wires and layers placed one above the other, which are correspondingly pressed and connected to one another in a known manner in a sintering process.
  • FIG. 4 An embodiment is produced in FIG. 4 in which the individual layers are placed one on top of the other and mechanically pressed together by a clamping device with an upper plate 16 and a lower plate 17 and thus held.
  • the catalyst body 7 is inserted as a unit into the exhaust manifold 5 and is fixed in position by one or more stops 18 on the rear side. On the front side, it is fixed by connecting the exhaust manifold 5 to the cylinders.
  • the individual layers 11 of the catalyst body can also be connected to one another by a resistance welding between two electrodes 19 and 20 to form a solid unit.
  • the resistance welding process is generally known, which is why it will not be discussed in more detail here either.
  • the aforementioned materials can be used individually or in mixtures.
  • carbon fibers and / or carbon particles can also be added or used alone.
  • the doping particles can also be used as deposits of catalytic materials, such as the light metal oxides.
  • carbon fibers and / or carbon particles either alone or in a mixture with other particles for doping the catalyst brings about a further increase in heat resistance, which is decisive in the selected range.
  • the carbon fibers and / or carbon particles can be the only doping material or can be applied as a mixture with the materials mentioned above.
  • Ceramic fibers for example aluminum oxide fibers, can be inserted into the catalyst body in a very advantageous manner. Such fibers reduce the heat dissipation and thus bring the temperature of the catalytic converter to the required reaction temperature even faster during cold start operation of the engine. In addition, these fibers have the advantage that they also improve the mechanical stress.
  • one or more heating rods 21 or heating grids can be inserted into the catalyst body (see basic illustration in FIG. 1).

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Abstract

Eine Anordnung eines Katalysators für die Abgase eines Verbrennungsmotors, wobei der Katalysatorkörper (6,7) aus einem Gewebe, Gestrick oder Gewirr aus Metallfasern, Metallspänen, Metalldrähten, Metallpulver oder einer Mischung daraus gebildet ist, die in mehreren Lagen (11) zu einem Paket zusammengepreßt sind, im Auslaßbereich (4) des Zylinders des Verbrennungsmotores vor dem Abgaskrümmer (5) und/oder im Eingangsbereich des Abgaskrümmers (5). Zusätzlich oder alternativ kann auch im Zylinder (2) des Verbrennungsmotores der Kolbenboden (8) mit einem Katalysatorkörper (9) versehen sein. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines Katalysators für die Abgase eines Verbrennungsmotors.
  • Aus der DE-OS 37 43 503 ist es bereits bekannt, einen Katalysatorkörper aus einem Gewebe, Gestrick, Gewirr aus Metallfasern, Metallspänen, Metalldrähten oder Metallpulver oder einer Mischung daraus vorzusehen, der in der Abgasleitung bzw. im Auspuffsystem eines Verbrennungsmotores angeordnet ist. Der aus mehreren Lagen bestehende Katalysatorkörper ist dabei durch einen Sintervorgang gebildet.
  • Aus der DE-OS 39 25 596 ist es bekannt, mehrere Lagen aus Metallfasern oder Metalldrähten durch eine Widerstandsverschweißung zu einem einheitlichen Filterkörper zu verbinden.
  • Neben Metall als Werkstoff sind auch Katalysatorkörper aus Keramik bekannt. Alle bekannten Katalysatoren haben jedoch den Nachteil, daß sie zu motorfern angeordnet sind. Dies bedeutet, daß sich der Abgasstrom bereits um ca. 150 bis 200 °C abgekühlt hat und dadurch den Konvertierungsgrad zur chemischen Umwandlung der Abgase verringert.
  • Nachteilig ist weiterhin auch, daß bekannte Katalysatoren Gaskanäle mit einer relativ glatten Oberfläche besitzen, so daß das Gas lediglich laminar durch die Kanäle strömt. Durch eine laminare Strömung wird jedoch nur ein geringer Teil der Abgase mit der katalytischen Beschichtung des Katalysatorkörpers in Verbindung gebracht, was den Konvertierungsgrad ebenfalls weiter negativ beeinflußt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde die vorstehend genannten Nachteile zu beseitigen, insbesondere eine Abgasreinigung mit einem Katalysator zu schaffen, der einen besseren Wirkungsgrad besitzt.
  • Erfindungsgemäß wird dies durch eine Anordnung eines Katalysators geschaffen, wobei der Katalysatorkörper aus einem Gewebe, Gestrick oder Gewirr aus Metallfasern, Metallspänen, Metalldrähten, Metallpulver oder einer Mischung daraus gebildet ist, die in ein oder mehreren Lagen zu einem Paket zusammengepreßt sind, im Auslaßbereich des Zylinders des Verbrennungsmotores vor dem Abgaskrümmer und/oder im Eingangsbereich des Abgaskrümmers.
  • Durch die Integrierung eines Katalysators bereits in den Zylinderraum und/oder in den Eingangsbereich des sich an den Zylinder anschließenden Abgaskrümmers wird das Abgas mit deutlich höheren Temperaturen durch den Katalysatorkörper geleitet. Dies bedeutet, daß der Wirkungsgrad verbessert wird.
  • Diese erfindungsgemäße Anordnung ist aufgrund der Materialwahl und der Ausbildung des Katalysatorkörpers in überraschender Weise möglich geworden. So läßt sich z.B. das erfindungsgemäße Gewebe, Gestrick oder Gewirr auf einfache Weise in die verschiedensten Formen bringen. Dies bedeutet, der Katalysatorkörper läßt sich ohne Probleme an die örtlichen Gegebenheiten, insbesondere an Form und Größe des vorhandenen Raumes in den Zylinder oder des Abgaskrümmers einpassen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß ein Katalysatorkörper aus dem genannten Material und dem angegebenen Aufbau sehr kompakt herstellbar ist. Dies gilt insbesondere bei einer Ausbildung aus einem Sintermaterial, wobei der Körper zuerst in der gewünschten Form formgepreßt und anschließend gesintert wird.
  • Eine weitere vorteilhafte und nicht naheliegende Anordnung eines Katalysatorkörpers kann darin bestehen, daß dieser im Zylinder des Verbrennungsmotores auf den Kolbenboden aufgebracht wird. Diese Anordnung kann sowohl separat als auch in Verbindung mit einem im Auslaßbereich des Zylinders und/oder im Eingangsbereich des Abgaskrümmers angeordneten Katalysatorkörpers kombiniert werden.
  • Der fest auf dem Kolbenboden angeordnete Katalysatorkörper wird zusammen mit dem Kolben einer hin und hergehenden Bewegung unterworfen. Aufgrund der dabei auftretenden Kompressionen und Dekompressionen des Abgases wird dieses in den Katalysatorkörper bei der Kolbenbewegung hineingepreßt und wieder daraus entfernt. Dies bedeutet, daß bereits vor dem Ausstoßen des Abgases in den Auslaßkrümmer eine Abgasreinigung stattfindet.
  • Da in diesem Bereich sehr hohe Temperaturen vorherrschen, die auch bereits kurz nach dem Start eines Verbrennungsmotores auftreten, besitzt der erfindungsgemäße Katalysator auch im Anfahrbereich einen sehr guten Wirkungsgrad. Dies gilt selbstverständlich auch für eine Anordnung des Katalysators im Auslaßbereich des Zylinders oder im Eingangsbereich des Abgaskrümmers in gleicher Weise.
  • Aufgrund der Kompaktheit des Katalysatorkörpers kann zur Erhöhung des Wirkungsgrades auch noch ohne großen zusätzlichen Aufwand eine Heizeinrichtung vorgesehen werden, die den Katalysator bei Bedarf, insbesondere bei Kaltstart, kurzfristig aufheizen kann.
  • Eine weitere sehr vorteilhafte und nicht naheliegende Weiterbildung und Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Katalysatoranordnung besteht darin, daß jede Lage einen Gitterstrukturaufbau aufweist.
  • Durch den gitterartigen Aufbau werden in den Zwischenräumen bzw. Maschen durchgängige Kanäle gebildet, durch die das Abgas hindurchströmt. Durch die Maschen bzw. die Maschengitter erfolgt eine starke Verwirbelung des Abgases, so daß es zu einer erheblich besseren Kontaktierung mit der katalytisch beschichteten Oberfläche kommt, wodurch der Konvertierungsgrad verbessert wird.
  • Die Verwirbelung und damit Kontaktierung wird noch besser, wenn man die Maschen von hintereinander angeordneten Lagen versetzt zueinander ordnet. Dabei genügt gegebenenfalls bereits eine geringfügige Versetzung, und zwar dergestalt, daß das Abgas abwechselnd auf einen Gitterdraht auftrifft oder diesen streift, wodurch es zu einer Ablenkung und damit zu einer zusätzlichen Verwirbelung kommt.
  • Während man bei einer Anordnung des Katalysators auf dem Kolbenboden nur eine oder gegebenenfalls wenige Lagen aus einem Gewebe, Gestrick oder Gewirr vorsieht, wird man bei einer Anordnung des Katalysatorkörpers in dem Zylinder in dessen Auslaßbereich oder im Eingangsbereich des Abgaskrümmers mehrere Lagen hintereinander anordnen. Zur einfachen Handhabung und zur besseren Wirkung wird man diese Lagen zu einer Einheit fest miteinander verbinden.
  • Eine mögliche Ausgestaltung hierfür kann darin bestehen, daß die Lagen durch eine Klammereinrichtung zusammengepreßt sind und als Einheit in den Auslaßbereich des Zylinders und/oder den Eingangsbereich des Abgaskrümmers eingeschoben werden.
  • Als Klammereinrichtung sind die verschiedensten Einrichtungen denkbar. So kann z.B. ein Paket von mehreren Lagen nach Art einer Zarge durch eine Ober- und eine Unterplatte miteinander unter Druck verbunden werden.
  • Eine weitere Möglichkeit der Bildung eines einheitlichen Katalysatorkörpers kann darin bestehen, daß die einzelnen Lagen durch eine widerstandsschweißung miteinander verbunden werden und als Einheit in den Auslaßbereich des Zylinders und/oder den Eingangsbereich des Abgaskrümmers eingeschoben werden.
  • Eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung kann darin bestehen, daß die einzelnen Lagen paketiert einem Sintervorgang unterworfen werden und anschließend als Einheit in den Auslaßbereich des Zylinders und/oder den Eingangsbereich des Abgaskrümmers eingeschoben werden.
  • Eine weitere Verbesserung des Konvertierungsgrades durch eine Oberflächenvergrößerung und/oder eine zusätzliche Einbringung von katalytisch wirkendem Material kann dadurch erreicht werden, daß die Lagen mit Spänen, kleinen Drahtstücken, Fasern, Pulver oder dergleichen dotiert sind, die mit den Fasern, Spänen oder Drähten des Gewebes, Gestrickes oder Gewirres verbunden sind.
  • Besonders vorteilhaft läßt sich hierfür spratziges Pulver verwenden, das eine deutliche Oberflächenvergrößerung ergibt.
  • Alternativ hierzu oder kombiniert mit einer Dotierung des Gewebes, Gestrickes oder Gewirres mit Zusatzmaterialien kann der Katalysatorkörper auch abschließend in ein Tauchbad eingebracht werden. Das Tauchbad besteht aus einem Brei bzw. einer Suspension aus Teilchen aus Metall, Keramik, Kunststoff oder ähnlichem. Nach dem Abtropfen wird die zusätzliche Schicht gehärtet oder einem Sinterprozeß unterworfen. Ein ähnliches Verfahren ist auch als "Wash-Coat-Verfahren" bekannt.
  • Zur Lagefixierung des als Einheit in einen Abgaskrümmer einschiebbaren Katalysatorkörpers kann der Abgaskrümmer auch mit ein oder mehreren Anschlägen versehen sein.
  • Nachfolgend sind anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung prinzipmäßig dargestellt.
  • Es zeigt:
    • Fig. 1
    einen Schnitt durch den oberen Teil eines Verbrennungsmotores mit mehreren erfindungsgemäßen Anordnungen eines Katalysatorkörpers;
    Fig. 2
    ausschnittsweise eine vergrößerte Darstellung des erfindungsgemäßen Katalysatorkörpers;
    Fig. 3
    eine perspektivische Darstellung einer aus mehreren Lagen gebildeten Einheit eines Katalysatorkörpers;
    Fig. 4
    einen Schnitt durch einen Katalysatorkörper, der durch eine Klammereinrichtung zusammengehalten ist;
    Fig. 5
    einen Schnitt durch einen Katalysatorkörper, der durch eine Widerstandsverschweißung gebildet ist.
  • In der Fig. 1 ist prinzipmäßig der obere Bereich eines Verbrennungsmotores mit einem Kolben 1, der in bekannter Weise in einen Zylinder 2 Hub- und Senkbewegungen ausführt, dargestellt. Der Aufbau eines Verbrennungsmotores ist allgemein bekannt, weshalb hier nicht näher darauf eingegangen wird. Ein Auslaßventil 3 schließt einen Auslaßbereich 4 im Zylinder 2 ab bzw. gibt diesen entsprechend gesteuert zum Ausstoßen von Abgas frei. An den Auslaßbereich 4 schließt sich ein Abgaskrümmer 5 an.
  • Wie ersichtlich ist ein Katalysatorkörper 6 im Auslaßbereich 4 und ein weiterer Katalysatorkörper 7 im Eingangsbereich des Auslaßkrümmers 5 angeordnet. Auf den gekrümmten Kolbenboden 8 des Kolbens 1 ist ein entsprechend gekrümmter Katalysatorkörper 9 aufgebracht.
  • Zur Vereinfachung sind in die Fig. 1 drei Möglichkeiten der Anordnung eines Katalysatorkörpers aufgezeigt. Neben dieser Darstellungsform sind selbstverständlich auch noch andere Kombinationsmöglichkeiten gegeben. So kann z.B. der Katalysatorkörper 6 oder 7 alleine in Verbindung mit dem Katalysatorkörper 9 vorgesehen sein. Ebenso können die Katalysatorkörper 6 und 7 auch gemeinsam oder alleine vorgesehen sein.
  • Der Aufbau des Katalysatorkörpers ist aus den Fig. 2 und 3 deutlicher ersichtlich. Wie dargestellt ist er aus mehreren Lagen 11 aus einem Gewirr von sich kreuzenden Drähten oder Fasern 12 und 13 gebildet. Jede Lage 11 besteht dabei aus einer Vielzahl von Längsdrähten oder Fasern 12, die mit quer dazu verlaufenden Drähten oder Fasern 13 verbunden sind. Zur Erhöhung der Oberfläche und der Stabilität können die Drähte 11, 13 auch wellenförmig verlaufen.
  • Aus der Fig. 3 ist ersichtlich, daß durch diese Ausgestaltung eine gitterartige bzw. wabenartige Struktur mit einer Vielzahl von Maschen 14 gebildet wird, durch die das Abgas strömt.
  • Bei der Strömung des Abgases gemäß Pfeilrichtung der Fig. 2 erfolgt eine entsprechende Verwirbelung durch die Drähte bzw. Fasern 12 und 13. Diese Verwirbelung und damit bessere Kontaktierung mit den katalytisch beschichteten Drähten oder Fasern 12, 13 wird noch erhöht, wenn hintereinanderliegende Drähte 12 versetzt zueinander angeordnet sind (siehe gestrichelte Darstellung).
  • Zur Oberflächenvergrößerung und zur Erhöhung der katalytischen Wirksamkeit können die einzelnen Lagen auch noch mit Partikel in Form von kleinen Spänen, kleinen Fasern oder groben Pulvern 15 dotiert werden (teilweise in der Fig. 2 dargestellt).
  • Diese Dotierung kann z.B. durch ein Einrütteln, durch ein Mittel in flüssiger Form als Trägersubstanz, in der die Partikel aufgenommen sind, oder dergleichen erfolgen, wonach die Verbindung durch einen Sintervorgang oder durch eine Widerstandsverschweißung mit den Drähten, Fasern 12, 13 erfolgt.
  • Der erfindungsgemäße Katalysatorkörper kann in bekannter Weise durch einen Sintervorgang der übereinander gelegten Drähten und Lagen erfolgen, die entsprechend gepreßt und in bekannter Weise in einem Sintervorgang miteinander verbunden werden.
  • In Fig. 4 ist eine Ausführungsform hergestellt, in der die einzelnen Lagen übereinander gelegt werden und durch eine Klammereinrichtung mit einer Oberplatte 16 und einer Unterplatte 17 mechanisch zusammengepreßt und so gehalten werden.
  • Aus der Fig. 4 ist auch ersichtlich, wie der Katalysatorkörper 7 als Einheit in den Abgaskrümmer 5 eingeschoben wird und in diesem durch ein oder mehrere Anschläge 18 auf der hinteren Seite in seiner Lage fixiert ist. Auf der vorderen Seite erfolgt die Fixierung durch den Anschluß des Abgaskrümmers 5 an den Zylindern.
  • Statt einer einfachen mechanischen Zusammenpreßung der einzelnen Lagen 11 des Katalysatorkörpers können die einzelnen Lagen auch durch eine Widerstandsverschweißung zwischen zwei Elektroden 19 und 20 zu einer massiven Einheit miteinander verbunden werden. Das Widerstandsverschweißungsverfahren ist allgemein bekannt, weshalb hier nachfolgend ebenfalls nicht näher darauf eingegangen wird.
  • Als Material zur Bildung des Katalysatorkörpers aus den Metallfasern, Metallspänen, Metalldrähten, Metallpulver oder einer Mischung daraus sind z.B. folgende Materialien geeignet:
    • 1. Werkstoffe einer intermetalllschen (intensive Mischung) Phase, wie Ni₃Al, NiAl, Ti₃Al, TiAl, Mg₂Si, Al₃Mg, MnZr₂, Ti₅Si₃.
    • 2. Stähle mit einem 17-26% Cr, Ni 3-37%, Si 0,7-2,5%; c < 0,1 %; Mn 1-2 %, P ≦ 0,03 %; S ≦ 0,02 %, Al 0,7-6 % Gehalt.
    • 3. Stähle:
      • a) 18,5 % Cr; 9,5 % Ni, N 0,15 %, Si 1,3 %, C < 0,06 %, und geringe Menge von seltenen Erdmetallen, vorwiegend Cerium.
      • b) 21 % Cr, 11 % Ni, 1,7 % Si, C < 0,1 %, N 0,17 % und seltene Erdmetalle, vorwiegend Cerium.
      • c) 25 % Cr; 35 % Ni, 1,5 % Si, C < 0,05 % und seltene Erdmetalle, vorwiegend Cerium.
  • Als Dotierungspartikel für die einzelnen Lagen 11 können folgende Materialien verwendet werden:
    • 1. Materialien analog dem Grundmaterial.
    • 2. Leichtmetalloxyde wie AlxOy, SixOy: z.B Al₂O₃, SiO₂, oder SiTiO₃, AlTiO₅, SiO₂, ZrO₂, SiC, TiO₂, BaTiO₃, Si₃N₄, Cr₂O₃.
  • Die vorgenannten Materialen können einzeln oder in Mischungen verwendet werden. Zusätzlich können noch Kohlenstoffasern und/oder Kohlenstoffpartikel beigemischt oder auch alleine verwendet werden.
  • Die Verwendung von Aluminium hat den Vorteil, daß sich dieses an der Oberfläche abscheidet und dort eine sehr korrosionsfeste Schicht bildet. Weiterhin hat sich herausgestellt, daß es ein gutes "Verankerungsmittel" für eine zusätzliche Schicht bilden kann, wie z.B. bei einer zusätzlichen Aufbringung von Teilchen in einem Tauchbad.
  • Weiterhin können die Dotierungspartikel auch als Einlagen von katalytischen Materialien, wie z.B. die Leichtmetalloxyde, dienen.
  • Eine Zugabe von Kohlenstoffasern und/oder Kohlenstoffpartikeln entweder allein oder in Mischung mit anderen Partikeln zur Dotierung des Katalysators bringt eine weitere Erhöhung der Hitzebeständigkeit, die ja gerade in dem gewählten Bereich entscheidend ist. Die Kohlenstoffasern und/oder Kohlenstoffpartikeln können dabei das einzige Dotierungsmaterial darstellen oder mit den vorstehend genannten Materialien als Mischung aufgebracht werden.
  • In einer sehr vorteilhaften Weise lassen sich keramische Fasern, z.B. Aluminiumoxydfasern, in den Katalysatorkörper einfügen. Derartige Fasern vermindern die Wärmeabfuhr und bringen damit eine noch schnellere Temperaturerhöhung des Katalysators im Kaltstartbetrieb des Motores auf die erforderliche Reaktionstemperatur. Darüberhinaus haben diese Fasern den Vorteil, daß sie auch die mechanische Beanspruchung verbessern.
  • Zur Erhöhung der Wirksamkeit des Katalysatorkörpers 6 oder 7 können ein oder mehrere Heizstäbe 21 oder Heizgitter in den Katalysatorkörper eingeschoben werden (siehe Prinzipdarstellung in der Fig. 1).

Claims (23)

  1. Anordnung eines Katalysators für die Abgase eines Verbrennungsmotors, wobei der Katalysatorkörper aus einem Gewebe, Gestrick oder Gewirr aus Metallfasern, Metallspänen, Metalldrähten, Metallpulver oder einer Mischung daraus gebildet ist, die in ein oder mehreren Lagen (11) zu einem Paket zusammengepreßt sind, im Auslaßbereich des Zylinders (2) des Verbrennungsmotores vor dem Abgaskrümmer und/oder im Eingangsbereich des Abgaskrümmers (5).
  2. Anordnung eines Katalysators für die Abgase eines Verbrennungsmotors, wobei der Katalysatorkörper aus einem Gewebe, Gestrick oder Gewirr aus Metallfasern, Metallspänen, Metalldrähten, Metallpulver oder einer Mischung daraus gebildet ist, im Zylinder (2) auf dem Kolbenboden (8).
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß jede Lage (11) einen Gitterstrukturaufbau aufweist.
  4. Anordnung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Gittermaschen (14) von hintereinander angeordneten Lagen (11) versetzt zueinander angeordnet sind.
  5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Maschenweite 0,5 bis 5 mm, vorzugsweise 1 bis 2 mm beträgt.
  6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte oder Fasern (12,13) einer Lage (11) wenigstens annähernd eine Wellenform aufweisen.
  7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (11) durch eine Klammereinrichtung (16, 17) zusammengepreßt sind und als Einheit in den Auslaßbereich des Zylinders (2) und/oder den Eingangsbereich des Abgaskrümmers (5) eingeschoben werden.
  8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Lagen (11) durch eine Widerstandsverschweißung miteinander verbunden sind und als Einheit in den Auslaßbereich des Zylinders (2) und/oder den Eingangsbereich des Abgaskrümmers (5) eingeschoben werden.
  9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Lagen (11) paketiert einem Sintervorgang unterworfen werden und anschließend als Einheit in den Auslaßbereich des Zylinders (2) und/oder den Eingangsbereich des Abgaskrümmers (5) eingeschoben werden.
  10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (11) mit Spänen, kleinen Drahtstücken, Fasern (15) oder dergleichen dotiert sind, die mit den Fasern, Spänen oder Drähten (12,13) des Gewebes, Gestrickes oder Gewirres verbunden sind.
  11. Anordnung nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß spratziges Pulver (15), das katalytische Eigenschaften besitzt, vorgesehen ist.
  12. Anordnung nach Anspruch 10 oder 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Späne, kurzer Drahtstücke, Fasern oder des Pulvers (15) mit den Fasern, Spänen oder Drähten (12,13) des Gewebes, des Gestrickes oder Gewirres durch Widerstandsverschweißung oder Versinterung erfolgt.
  13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatorkörper (6,7,9) in einem Tauchbad mit die Oberfläche des Katalysatorkörpers (6,7,9) vergrößernden Teilchen versehen wird.
  14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Material für den Katalysatorkörper Werkstoffe einer intermetallischen (intensive Mischung) Phase wie Ni₃Al, NiAl, Ti₃Al, TiAl, Mg₂Si, Al₃Mg, MnZr₂, Ti₅Si₃ aufweist.
  15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Material für den Katalysatorkörper Stähle mit 17-26 % Cr, Ni 3-37 %, Si 0,7-2,5 %; C < 0,1 %; Mn 1-2 %, P ≦ 0,03 %; S ≦ 0,02 %, Al 0,7-6 % Gehalt aufweist.
  16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Material für den Katalysatorkörper Stähle mit 18,5 % Cr, 9,5 % Ni, N 0,15 %, Si 1,3 %, C < 0,06 %, und geringe Mengen von seltenen Erdmetallen, vorwiegend Cerium aufweist.
  17. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Material für den Katalysatorkörper Stähle mit 21 % Cr, 11 % Ni, 1,7 % Si, C < 0,1 %, N 0,17 % und seltene Erdmetalle, vorwiegend Cerium aufweist.
  18. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Material für den Katalysatorkörper Stähle mit 25 % Cr; 35 % Ni, 1,5 % Si, C < 0,05 % und seltene Erdmetalle, vorwiegend Cerium aufweist.
  19. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Dotierungspartikel Metalle, Metalloxyde, Keramik, Kunststoffe oder eine Mischung daraus vorgesehen ist.
  20. Anordnung nach Anspruch 19,
    dadurch gekennzeichnet, daß katalytisch wirkende Partikel, wie Cr, Va, Mo, Mn, Pt, Rh, Pd, Ti, Si jeweils einzeln oder in Mischung vorgesehen sind.
  21. Anordnung nach Anspruch 19,
    dadurch gekennzeichnet, daß Al₂O₃, SiTiO₃, AlTiO₅, SiO₂, ZrO₂, SiC, TiO₂, BaTiO₃, Si₃N₄, Cr₂O₃ jeweils einzeln oder in Mischung vorgesehen sind.
  22. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 21,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Dotierungspartikel Kohlenstoffasern und/oder Kohlenstoffpartikel alleine oder in Mischung zugegeben sind.
  23. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 21,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Dotierungspartikel keramische Fasern, insbesondere Aluminiumoxidfasern, alleine oder in Mischung zugegeben sind.
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